JP4977682B2

JP4977682B2 - 発光ダイオードのパッケージング・グルーとその使用方法

Info

Publication number: JP4977682B2
Application number: JP2008319436A
Authority: JP
Inventors: ▲賢▼武占
Original assignee: 寧波安迪光電科技有限公司
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: US20100010125A1; KR101011329B1; KR20090067040A; US7816463B2; JP2009152602A; EP2072598A1; CN101230245A

Description

本願発明は発光ダイオードに関して、特に発光ダイオードのパッケージング・グルーとその応用に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、半導体発光装置であり、指示燈や表示スクリーンなどに広く利用される。白色発光ダイオードは、蛍光灯や白熱電球に取って代わり第４世代の照明光源に誉められる。発光ダイオードの理論寿命は約１００,０００時間であるが、マーケットにおける白色発光ダイオードの寿命は、理論の１００,０００時間よりも遥かに短い。

発光ダイオードのパッケージング・グルーは発光ダイオードの光減衰に影響するの一つの主要素である。図１は、従来の従来の珪素膠でパッケージングした白色発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフであり、その縦軸は光束（ＬｕｍｉｎｏｕｓＦｌｕｘ）維持率を示し、その横軸は時間を示す。図１に示すように、１６８時間のときの光減衰が１３％であり、３３６時間のときの光減衰が２０％であり、５０４時間のときの光減衰が２５％であり、６４８時間のときの光減衰が３１％であり、１１２８時間のときの光減衰が４９％であり、２５２０時間のときの光減衰が８０％である。さらに検証するために、白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で時間連続測定した。この光減衰測定結果は、図２に示すように、１６８時間、３３６時間、５０４時間及び１０３２時間のときの光減衰はそれぞれ３４％、４５％、６８％及び８８％である。したがって、発光ダイオードに対する光減衰の影響を有効的に改良することが出来るパッケージング・グルーを開発することが課題となった。

本発明は、上記技術問題を解決することを課題として、発光ダイオードのパッケージング・グルーを提供することを目的とする。そのグルーを使用してパッケージングされた発光ダイオードは低光減衰、長寿命、低コストなどの利点を有する。

本発明は、発光ダイオードのパッケージング・グルーにおいて、第１成分としてのポリジメチルシロキサンと、第２成分としてのジメチルシロキサン、メチル水素シロキサンとビニルシロキサンを形成される共重合体とを一定の比率で混合し、前記第２成分中に、共重合体の重量濃度は９４％乃至９９％であって、ジメチルシロキサンの重量濃度は８４％乃至９０％であり、メチル水素シロキサンの重量濃度は４％乃至９％であり、ビニルシロキサンの重量濃度は２％乃至７％であることを特徴とする発光ダイオードのパッケージング・グルー。

前記請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルーは、前記第２成分中に、共重合体の重量濃度は９８％であって、ジメチルシロキサンは８７％であり、メチル水素シロキサンは７％であり、ビニルシロキサンは４％であることが好ましい。

請求項２に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルーは更に、重量濃度が０.５％乃至３％であるγ−(２，３−エポキシプロポキシ)プロピルトリメトキシシランを含む。

請求項３に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルーは、前記第２成分中に、重量濃度が１％である前記γ−(２，３−エポキシプロポキシ)プロピルトリメトキシシランを含むことが好ましい。

請求項２、３又は４に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルーにおいて、前記第２成分は更に、重量濃度が０.５％乃至３％であるトリエトキシメチルシランを含むことが好ましい。

請求項５に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルーは、前記第２成分中に、重量濃度が１％であるトリエトキシメチルシランを含むことが好ましい。

請求項１又は２に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルーは、前記第１成分と前記第２成分とは、１：１の重量割合に応じて混合されることが好ましい。

本願発明は、発光ダイオードのパッケージング・グルーのパッケージング工程での応用を開示する。

従来の技術と比べて見ると、本発明の発光ダイオードのパッケージング・グルーは前記第１成分と第２成分を所定の重量割合にて混合して形成し、白光発光ダイオードをパッケージングする場合にディスペンサ膠として使用したり、発光ダイオードのチップの射出光側の面の上に光透過層を形成して、発光ダイオードの光減衰に著しい効果を達成する、前記グルーを使用してパッケージングされた発光ダイオードは、低光減衰、長寿命、低コスト等の利点がある。

本発明に係る発光ダイオードのパッケージング・グルーは、液状且つ濃稠な第１成分と第２成分を含む。第１成分は、ポリジメチルシロキサン（polydimethyl-siloxane：PDMS）を含む。第２成分は、ジメチルシロキサン（dimethyl-siloxane）、メチル水素シロキサン（methyl hydrogen siloxane）及びビニルシロキサン（vinyl-siloxane）を有する共重合体を含む。この共重合体の分子構造は、以下の化学構造式で表される。

又、第２成分は更に、γ−(２，３−エポキシプロポキシ)プロピルトリメトキシシラン（γ−（トリメトキシシリル）プロピルエーテル）（一般式：）

と、
トリエトキシメチルシラン（一般式：）と、
を更に含む。

本発明の一実施形態では、第２成分の共重合体は重量濃度が９４％乃至９９％であり、本実施例にて重量濃度が９８％であることが好ましい。ジメチルシロキサンは重量濃度が８４％乃至９０％であり、本実施例にて重量濃度が８７％であることが好ましい。メチル水素シロキサンは重量濃度が４％乃至９％であり、本実施例にて重量濃度が７％であることが好ましい。ビニルシロキサンは重量濃度が２％乃至７％であり、本実施例にて重量濃度が４％であることが好ましい。この第２成分では、γ−（2，3エポキシプロポキシ）プロピルトリメトキシシラン（即ちγ−（トリメトキシシリル）プロピルエーテル）は重量濃度が０.５％乃至３％であり、本実施例にて重量濃度が１％であることが好ましい。トリエトキシメチルシランは重量濃度が０.５％乃至３％であり、本実施例にて重量濃度が１％であることが好ましい。

本発明者は、発光ダイオードのパッケージング・グルーの光減衰の低下に係る効果を証明するために、発光ダイオードのパッケージング・グルーを白光発光ダイオードのパッケージングに利用した。具体的なパッケージング工程は、図３のようである。
工程１：絶縁膠を注入する。発光ダイオードチップを固定するための絶縁膠をサポートフレームの反射カップ内に注入する。

工程２：発光ダイオードチップを放置する。発光ダイオードチップをサポートフレームの反射カップ内に放置し、絶縁膠で固定する。

工程３：発光ダイオードチップを放置した後、ベーキング工程を行う。固定された発光ダイオードチップを有する半製品をベーキング炉にベーキングし、サポートフレームに固定する。

工程４：導線（例えば金線）を溶接する。例えば、二つの導線は固定した発光ダイオードチップの正極と負極に溶接される。

工程５：蛍光粉を配分する。蛍光粉、第１成分及び第２成分を撹拌し、その混合物を均一に混合する。撹拌は所定の時間範囲内で行い、例えば５分であることが好ましい。

工程６：真空吸気を行う。この工程６における真空吸気は、第１成分、第２成分及び蛍光粉からなる混合物に対して行われる。真空吸気の時間は約５分乃至１０分であることが好ましい。

工程７：蛍光粉をディスペンサする。第１成分、第２成分及び蛍光粉からなる真空にした混合物をディスペンサ装置の注射筒内に注入し、ディスペンサ膠により混合される。ディスペンサ膠により混合された混合物は、導線を有するサポートフレームの反射カップ内にディスペンサされる。

工程８：蛍光粉をディスペンサした後、ベーキングを行う。混合されたディスペンサ膠を有するサポートフレームは、ベーキング炉にベーキングされ、サポートフレームに混合されたディスペンサ膠を固体化する。ベーキング炉の温度は１３０℃乃至１５０℃であり、ベーキング工程の時間は１時間乃至２時間であることが好ましい。

工程９：エポキシ膠を配分する。Ａ型とＢ型エポキシ膠を予め加熱し、普通に１：１の重量％に応じて混合する。さらに、混合したエポキシ膠を撹拌して均一に混合する。

工程１０：真空吸気を行う。この工程１０における真空吸気は、混合したエポキシ膠に対して行われる。真空吸気の時間は約５分乃至１０分であることが好ましい。

工程１１：エポキシ膠を注入してモールディングを行う。エポキシ膠を型によりキャビティまたはサポートフレーム内に注入する。

工程１２：エポキシ膠を注入したモールディング後、ベーキング工程を行う。金型のキャビティおよびサポートフレームをベーキング炉にベーキングし、サポートフレームにエポキシ膠を固体化する。例えば、ベーキング炉の温度は１２５℃であり、ベーキング工程の時間は８時間乃至１０時間であることが好ましい。

工程１３：導線（リード、Ｌｅａｄｓ）をパンチングする。リードは、スタンピングによりパンチされ、正極と負極とが互いに分ける。

工程１４：発光ダイオードを分類する。分類装置により、例えば電圧、輝度、色などという電性パラメータに応じて発光ダイオードを分類する。

工程１５：分類した発光ダイオードをパッケージする。

本発明の本実施形態では、発光ダイオードチップは、発光波長が４５５乃至４６５ｎｍである青色の発光ダイオードチップである。例えば、発光ダイオードチップを固定する膠は絶縁膠であり、蛍光粉は珪酸塩蛍光粉である。サポートフレームは金属サポートフレームであり、例えば鉄サポートフレームである。蛍光粉が混入されて用いられるディスペンサ膠において、第１の組成物と第２の組成物が１：１の重量％に応じて混合される。蛍光粉が混入されて用いられるディスペンサ膠において、蛍光粉、第１成分及び第２成分が１：３：３の重量％に応じて混合される。当該分野の技術を熟知する者であれば、蛍光粉は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG、Yttrium Aluminum Garnet）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット（TAG、Terbium Aluminum Garnet）、硫化物またはそれらの混合物のような蛍光体粒子からなることを理解できる。

本発明者は、発光ダイオードのパッケージング・グルーの光減衰の低下に係る効果を検証するために、白色発光ダイオードの光減衰に対して非常に多くのテストを行い、光減衰を検証している。具体的に、図４は、本発明の実施例（表１参照）に係る発光ダイオードのパッケージング・グルーを使用してパッケージングされた白光発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。図４に示すように、１６８時間のときの光束維持率は１０５％であり、３３６時間のときの光束維持率は１０６％であり、５０４時間のときの光束維持率が１０６％で維持され、６４８時間のときの光束維持率は１０７％であり、１１２８時間のときの光束維持率は１０２％であり、２５２０時間のときの光減衰は３％である。

本発明者は、発光ダイオードのパッケージング・グルーの光減衰の低下に係る効果を更に検証するために、本発明の実施例（表１参照）に係る発光ダイオードのパッケージング・グルーを使用してパッケージングされた白光発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定した。この光減衰測定結果は、図５に示すように、１６８時間のときの光減衰は２％であり、３３６時間のときの光減衰は３％であり、５０４時間のときの光減衰は０％であり、１０３２時間のときの光減衰は僅かに２％である。

以上、本発明に係る発光ダイオードのパッケージング・グルーを使用して、白光発光ダイオードに対してパッケージングを行うことにより、白光発光ダイオードの光減衰を低下するに著しい効果を有する。

なお、本発明者は更に、発光ダイオードのパッケージング・グルーの光減衰の低下に係る効果を検証するために、以下のように、別の実施状態として前記発光ダイオードのパッケージング・グルーを使用して光発光ダイオードをパッケージングしたことでテストを行う。具体的に、前記発光ダイオードのパッケージング・グルーが前記発光ダイオードのチップの射出光側の面に光透過層を設置した。同様に光減衰が著しく低下された効果を得た。

なお、特に説明することでは、テストは同じ条件で行う。それはすなわち（１）各テストは、同じ実験室に、同じ時間、同じ条件で行われ、且つ（２）各テストの複数の白色発光ダイオードは、例えば２０の白色発光ダイオードからランダムにサンプリングする。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の趣旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

従来の白色発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。従来の白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。本発明の一実施形態による白色発光ダイオードのパッケージ構造の製造方法を示す流れ図である。本発明の一実施形態による白色発光ダイオードを室温２５℃、電流２５ｍＡの条件で２５２０時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。本発明の一実施形態による白色発光ダイオードを室温２５℃、電流４０ｍＡの条件で１０３２時間連続測定したときの光減衰測定結果を示したグラフである。

１絶縁膠を注入する
２発光ダイオードチップを放置する
３ベーキングを行う
４導線を溶接される
５蛍光粉を配分する
６真空吸気を行う
７蛍光粉をディスペンサする
８ベーキングを行う
９エポキシ膠を配分する
１０真空吸気を行う
１１エポキシ膠を注入してモールディングを行う
１２ベーキングを行う
１３導線（リード）をパンチングする
１４発光ダイオードを分類する
１５分類した発光ダイオードをパッケージする

Claims

発光ダイオードのパッケージング・グルーにおいて、第１成分としてのポリジメチルシロキサンと、第２成分としてのジメチルシロキサン、メチル水素シロキサン及びビニルシロキサンで形成される共重合体とを一定の比率で混合し、前記第２成分中において、共重合体の重量濃度は９４％乃至９９％であって、ジメチルシロキサンの重量濃度は８４％乃至９０％であり、メチル水素シロキサンの重量濃度は４％乃至９％であり、ビニルシロキサンの重量濃度は２％乃至７％であることを特徴とする発光ダイオードのパッケージング・グルー。
前記第２成分中において、共重合体の重量濃度は９８％であって、ジメチルシロキサンは８７％であり、メチル水素シロキサンは７％であり、ビニルシロキサンは４％であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルー。
前記第２成分は更に、重量濃度が０．５％乃至３％であるγ−(２，３−エポキシプロポキシ)プロピルトリメトキシシランを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルー。
前記第２成分中に、重量濃度が１％である前記γ−(２，３−エポキシプロポキシ)プロピルトリメトキシシランを含むことを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルー。
前記第２成分は更に、重量濃度が０．５％乃至３％であるトリエトキシメチルシランを含むことを特徴とする請求項２、３又は４に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルー。
前記第２成分中に、重量濃度が１％であるトリエトキシメチルシランを含むことを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルー。
前記第１成分と第２成分は、１：１の重量割合にて混合されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルー。
請求項１に記載の発光ダイオードのパッケージング・グルーが白光発光ダイオードでの応用において、前記発光ダイオードのパッケージング・グルーをモールディングコンパウンドにして使用することを特徴とする発光ダイオードのパッケージング・グルーの使用方法。